清華大學（後西醫）
112年
化學與物理
第 16 題
A colorless solution contains cationic species $H^+$, $Mg^{2+}$, and $Al^{3+}$. The relationship between the added volume (V) of NaOH solution and the mass (m) of the resulting precipitate is shown in the figure below. Which one is correct?
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A
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B
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C
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D
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E
思路引導 VIP
試著思考一下：當多種陽離子同時存在於溶液中時，它們與氫氧根離子反應的「先後順序」會受到什麼因素影響？如果其中一種產生的固體具有「兩性」特質，而另一種沒有，那麼當我們無限制地增加鹼液時，杯底的固體總量最終會發生什麼樣的變化呢？
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太棒了！你能準確選出選項 (B)，代表你對溶液中離子反應的優先順序，以及兩性金屬（Amphoteric metals）的化學特性有非常清晰的理解。 這道題目在化學與物理的實驗圖形分析中屬於中等難度的經典題型，其鑑別度在於學生是否能精準辨識反應發生的三個階段。首先，圖形初始的一段水平線（$m=0$）是關鍵的陷阱，這代表滴入的 $NaOH$ 優先與溶液中的 $H^+$ 進行酸鹼中和反應，此時尚未產生沉澱。若忽視了 $H^+$ 的存在，很容易誤選 (C)。 當酸被中和完畢後，$Mg^{2+}$ 與 $Al^{3+}$ 開始與 $OH^-$ 反應，生成 $Mg(OH)_2$ 與 $Al(OH)_3$ 沉澱，使質量 $m$ 隨體積 $V$ 上升。然而，當 $NaOH$ 滴加至過量時，氫氧化鋁 $Al(OH)_3$ 會展現其兩性性質，與強鹼反應生成可溶性的鋁酸根離子 $[Al(OH)_4]^-$：
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金屬離子沉澱與溶解
💡 強鹼滴定含酸及金屬離子溶液的沉澱量變化規律
🔗 加入 NaOH 的反應四部曲
- 1 優先中和 — OH- 與 H+ 反應生成水，此階段觀察不到沉澱
- 2 離子沉澱 — 產生 Mg(OH)2 與 Al(OH)3 固體，沉澱質量上升
- 3 兩性溶解 — 過量強鹼使 Al(OH)3 轉為可溶鋁酸根，質量下降
- 4 終段平台 — 氫氧化鎂不溶於過量鹼，沉澱質量趨於穩定
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🔄 延伸學習：延伸學習：觀察圖形中『下降段』與『上升段』的體積比例，可推算離子莫耳數。
